CN107336480A - 基于半固化片碳纤维复合材料的汽车内饰件及其制备方法 - Google Patents

基于半固化片碳纤维复合材料的汽车内饰件及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及基于半固化片碳纤维复合材料的汽车内饰件及其制备方法，由碳纤维复合材料制件和塑料制件热模压制成，其特征在于：所述碳纤维复合材料制件由半固化片碳纤维复合材料构成，该半固化片碳纤维复合材料由若干层半固化片叠合，经1‑2次加热软化后模压成型构成；所述半固化片为可热塑成型的半固化片，由纤维增强材料层浸润可热塑型树脂构成；所述可热塑型树脂在加热后具有多次塑型的性能特点，使所述半固化片可反复受热形变。本发明简化工艺流程、提高生产效率、降低生产能耗，保证产品的精度和稳定性、提高产品的质量。

Description

基于半固化片碳纤维复合材料的汽车内饰件及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种基于半固化片碳纤维复合材料的汽车内饰件及其制备方法。属于汽车配件技术领域。
背景技术
碳纤维是一种力学性能优异的材料，利用碳纤维来制作汽车内饰件，目前在市场上已经有一定应用。但由于碳纤维材料成型工艺的限制，现有碳纤维内饰件的制作方式多以产品原件表面贴纸、贴布的方式为主，且以手工方式为主，造成产品表面加高、不平整，无法大批量的工业化生产。
针对这一状况，国内有些企业研制出一些新的工艺。例如：专利申请号为201510192214.8的发明提出：利用注塑模的方式，将塑料注入到放有碳纤维结构件的模具里面；专利申请号为201510491423.2的发明提出：通过底部注塑的方式，将碳纤维件与塑料件进行粘接；专利申请号为201610267527.X的发明提出：采用注塑加热成型的方式完成碳纤维件与塑料件的粘接。从以上的三个发明专利申请有二个共同点：(1)碳纤维件都是采用常规的预浸方式成型，如：RTM和预浸料成型；(2)采用直接对预浸件高压注入高温树脂方式模压成型。存如下问题：(1)碳纤维件成型加工的工序复杂、生产效率低、成本高；(2)碳纤维复合材料不具有半固化片叠合结构，容易产生注塑超温导致碳合纤维制件的树脂变形，废品率高。
综上所述，现有技术的碳纤维内饰件存在成型加工的工序复杂、生产效率低、成本高及容易超温导致碳合纤维制件的树脂变形，废品率高等问题，急需提供一种新的基于碳纤维复合材料的汽车内饰件及其制备方法。
发明内容
本发明的目的之一，是为了解决现有技术的碳纤维内饰件存在成型加工的工序复杂、生产效率低、成本高及容易超温导致碳合纤维制件的树脂变形，废品率高等问题，提供一种基于半固化片碳纤维复合材料的汽车内饰件。具有成型加工的工序简单、生产效率高、成本低及不会出现超温导致碳合纤维制件的树脂变形，产品合格率率高、质量优良的特点。
本发明的目的之二，是为了提供一种基于半固化片碳纤维复合材料的汽车内饰件的制备方法。具有成型加工工序简单、生产效率高、成本低及产品质量好、性能稳定等特点。
本发明的目的之一可以通过采取如下技术方案达到：
基于半固化片碳纤维复合材料的汽车内饰件，由碳纤维复合材料制件和塑料制件热模压制成，其特征在于：所述碳纤维复合材料制件由半固化片碳纤维复合材料构成，该半固化片碳纤维复合材料由若干层半固化片叠合，经1-2次加热软化后模压成型构成；所述半固化片为可热塑成型的半固化片，由纤维增强材料层浸润可热塑型树脂构成；所述可热塑型树脂在加热后具有多次塑型的性能特点，使所述半固化片可反复受热形变。
本发明的目的之一还可以通过采取如下技术方案达到：
进一步地，所述半固化片碳纤维复合材料为可热塑性碳纤维复合材料板材，由半固化片进行1-5层叠合，将叠合后的半固化片置于可程式控温控压的真空压机中，在真空状态、在0.1-10PMa的压力条件，将真空压机内的温度控制在150-300℃，使叠合半固化片在150-300℃温度条件下压合3-90分钟，制成可热塑碳纤维增强层压复合板材。
进一步地，构成半固化片的可热塑型树脂为不饱和树脂组合物，该半固化片是用不饱和树脂组合物浸渍或涂覆纤维增强材料层而成，半固化片中，不饱和树脂组合物的在半固化片中的质量含量为25-95％，纤维增强材料层的质量含量为75-5％。
进一步地，所述纤维增强材料层由碳纤维、碳化硅纤维、玻璃纤维、石棉纤维、超高分子量聚乙烯纤维或芳纶纤维构成；不饱和树脂组合物对上述纤维增强材料层进行浸渍或涂覆后，在100-250℃温度范围内、在干燥器中加热1-3分钟，以清除溶剂使不饱和树脂组合物达到半固化，形成半固化片。
本发明的目的之二可以通过采取如下技术方案达到：
基于半固化片碳纤维复合材料板的汽车内饰件的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1)准备好成型设备和材料；设置具有预浸、铺设、叠合、控温控压、真空压合成型、剪裁、加热和模压成型结构的专用设备，准备好可热塑成型的树脂溶液和纤维增强材料；
2)制作碳纤维半固化片；将碳纤维增强材料浸入可热塑成型的树脂溶液中，使可热塑成型树脂充分浸润在碳纤维增强材料上，然后在50-120℃温度条件下烘烤3-30分钟，制得碳纤半固化片；
3)制作可热塑性碳纤维复合材料板材；取步骤2)所述的碳纤维半固化片进行1-5层叠合，将叠合后的碳纤维半固化片置于可程式控温控压的真空压机中，在真空状态、在0.1-10PMa的压力条件，将真空压机内的温度控制在120-300℃，使叠合半固化片在在120-300℃温度条件下压合3-90分钟，制成可热塑性碳纤维复合材料板材；
4)制作碳纤维工件；根据汽车内饰件产品的大小和形状，按成型尺寸裁切可热塑性碳纤维复合材料板材，制得碳纤维工件；
5)碳纤维工件预热；将裁剪及冲切好的可热塑纤维增强层压复合板材放在加热设备上进行预热软化，加热温度为110℃-250℃，软化时间为0.5min-10min；
6)碳纤维工件模压成型；将软化的可热塑纤维增强层压复合板材放入模具内，用压力机快速压制成型，模具压力为3-50KG，模压温度为50℃-180℃，成型时间为0.5min-10min；制得碳纤维制件；
7)成型汽车内饰件；将碳纤维制件放置在汽车内饰件模具底部，注入塑料与碳纤维制件表面嵌接连接，然后模压成型；制得成型汽车内饰件。
本发明的目的之二还可以通过采取如下技术方案达到：
进一步地，所述碳纤维增强材料，包括但不限于碳纤维及碳纤维与玻璃纤维、芳纶纤维或玄武岩纤维中的一种或二种以上混合；其中的纤维可以为长纤、短纤、混编或单向纤维材料。
进一步地，步骤3)所述制作可热塑性碳纤维复合材料板材的制备条件是：温度为120-300℃、压力为0.1-10PMa、真空度为0-130毫米汞柱、加热时间为3-90分钟。
进一步地，步骤3)制成的制成可热塑性碳纤维复合材料板材，由1-5层半固化片叠合模压成型，产品的厚度为0.2-5mm。
进一步地，步骤3)的压力控制方式，包括多段温度压制、多段压力压制或多段真空压制，可连续成形、高压釜成型机成型或真空层压机成型。
进一步地，步骤5)所述碳纤维工件预热，是指预热软化，该预热软化过程不限模具内外，预热软化时，碳纤维工件的受热温度在110℃-250℃之间，时间为10s-50s。
本发明具有如下突出的优点和有益效果：
1、本发明涉及的基于半固化片碳纤维复合材料的汽车内饰件，由碳纤维复合材料制件和塑料制件热模压制成，所述碳纤维复合材料制件由半固化片碳纤维复合材料构成，该半固化片碳纤维复合材料由若干层半固化片叠合，经1-2次加热软化后模压成型构成；所述半固化片为可热塑成型的半固化片，由纤维增强材料层浸润可热塑型树脂构成；所述可热塑型树脂在加热后具有多次塑型的性能特点，使所述半固化片可反复受热形变。因此能够解决现有技术的碳纤维内饰件存在成型加工的工序复杂、生产效率低、成本高及容易超温导致碳合纤维制件的树脂变形，废品率高等问题，提供一种基于半固化片碳纤维复合材料的汽车内饰件。具有成型加工的工序简单、生产效率高、成本低及不会出现超温导致碳合纤维制件的树脂变形，产品合格率率高、质量优良的特点和有益技术效果。
2、本发明涉及的基于半固化片碳纤维复合材料的汽车内饰件的制备方法，通过设置具有预浸、铺设、叠合、控温控压、真空压合成型、剪裁、加热和模压成型结构的专用设备，因此能够简化产品的制造工艺，提高生产效率、降低生产成本；通过实现批量生产的目的，从而简化工艺流程、节省了人力成本、提高生产效率、降低生产能耗，保证产品的精度和稳定性、提高产品的质量。
具体实施方式
具体实施例1：
本实施例涉及的基于半固化片碳纤维复合材料的汽车内饰件，由碳纤维复合材料制件和塑料制件热模压制成，所述碳纤维复合材料制件由半固化片碳纤维复合材料构成，该半固化片碳纤维复合材料由若干层半固化片叠合，经1-2次加热软化后模压成型构成；所述半固化片为可热塑成型的半固化片，由纤维增强材料层浸润可热塑型树脂构成；所述可热塑型树脂在加热后具有多次塑型的性能特点，使所述半固化片可反复受热形变。
本实施例中：
所述半固化片碳纤维复合材料为可热塑性碳纤维复合材料板材，由半固化片进行2层叠合，将叠合后的半固化片置于可程式控温控压的真空压机中，在真空状态、在0.1-10PMa的压力条件，将真空压机内的温度控制在150-300℃，使叠合半固化片在150-300℃温度条件下压合3-90分钟，制成可热塑碳纤维增强层压复合板材。
构成半固化片的可热塑型树脂为不饱和树脂组合物，该半固化片是用不饱和树脂组合物浸渍或涂覆纤维增强材料层而成，半固化片中，不饱和树脂组合物的在半固化片中的质量含量为25-95％，纤维增强材料层的质量含量为75-5％。
所述纤维增强材料层由碳纤维、碳化硅纤维、玻璃纤维、石棉纤维、超高分子量聚乙烯纤维或芳纶纤维构成；不饱和树脂组合物对上述纤维增强材料层进行浸渍或涂覆后，在100-250℃温度范围内、在干燥器中加热1-3分钟，以清除溶剂使不饱和树脂组合物达到半固化，形成半固化片。
本实施例涉及的基于半固化片碳纤维复合材料板的汽车内饰件的制备方法，包括如下步骤：
1)准备好成型设备和材料；设置具有预浸、铺设、叠合、控温控压、真空压合成型、剪裁、加热和模压成型结构的专用设备，准备好可热塑成型的树脂溶液和纤维增强材料；
2)制作碳纤维半固化片；将碳纤维增强材料浸入可热塑成型的树脂溶液中，使可热塑成型树脂充分浸润在碳纤维增强材料上，然后在80℃条件下烘烤5分钟，制得碳纤半固化片；
3)制作可热塑性碳纤维复合材料板材；取步骤2)所述的碳纤维半固化片进行2层叠合，置于可程式控温控压的真空压机中，在真空状态，在0.5PMa的压力条件，将真空压机内的温度在150℃条件下压合30分钟，制成0.2mm厚度的可热塑性碳纤维复合材料板材；
4)制作碳纤维工件；根据汽车内饰件产品的大小和形状，按成型尺寸裁切可热塑性碳纤维复合材料板材，制得碳纤维工件，其大小为0.2*0.6M；
5)碳纤维工件预热；将裁剪及冲切好的可热塑纤维增强层压复合板材放在加热设备上进行预热软化，加热温度为110℃，软化时间为50s；
6)碳纤维工件模压成型；将软化的可热塑纤维增强层压复合板材放入模具内，用压力机快速压制成型，模具压力为5KG，模压温度为50℃，成型时间为10min；制得碳纤维制件；
7)成型汽车内饰件；将碳纤维制件放置在汽车内饰件模具底部，注入塑料与碳纤维制件表面嵌接连接，然后在40℃内内模压成型；制得成型汽车内饰件。
具体实施例2：
本具体实施例2的特点是：
本实施例2涉及的基于半固化片碳纤维复合材料板的汽车内饰件的制备方法，包括如下步骤：
1)准备好成型设备和材料；设置具有预浸、铺设、叠合、控温控压、真空压合成型、剪裁、加热和模压成型结构的专用设备，准备好可热塑成型的树脂溶液和纤维增强材料；
2)制作碳纤维半固化片；将碳纤维增强材料浸入可热塑成型的树脂溶液中，使可热塑成型树脂充分浸润在碳纤维增强材料上，然后在100℃条件下烘烤10分钟，制得碳纤半固化片；
3)制作可热塑性碳纤维复合材料板材；取步骤2)所述的碳纤维半固化片进行3层叠合，置于可程式控温控压的真空压机中，在真空状态，在2PMa的压力条件，将真空压机内的温度调节在200℃条件下压合15分钟，制成0.65mm厚度的可热塑性碳纤维复合材料板材；
4)制作碳纤维工件；根据汽车内饰件产品的大小和形状，按成型尺寸裁切可热塑性碳纤维复合材料板材，制得碳纤维工件，其大小为0.6*0.8M；
5)碳纤维工件预热；将裁剪及冲切好的可热塑纤维增强层压复合板材放在加热设备上进行预热软化，加热温度为150℃，软化时间为30s；
6)碳纤维工件模压成型；将软化的可热塑纤维增强层压复合板材放入模具内，用压力机快速压制成型，模具压力为30KG，模压温度为120℃，成型时间为5min；制得碳纤维制件；
7)成型汽车内饰件；将碳纤维制件放置在汽车内饰件模具底部，注入塑料与碳纤维制件表面嵌接连接，然后在75℃内内模压成型；制得成型汽车内饰件。
其余同具体实施例1。
具体实施例3：
本具体实施例3的特点是：
本实施例3涉及的基于半固化片碳纤维复合材料板的汽车内饰件的制备方法，包括如下步骤：
1)准备好成型设备和材料；设置具有预浸、铺设、叠合、控温控压、真空压合成型、剪裁、加热和模压成型结构的专用设备，准备好可热塑成型的树脂溶液和纤维增强材料；
2)制作碳纤维半固化片；将碳纤维增强材料浸入可热塑成型的树脂溶液中，使可热塑成型树脂充分浸润在碳纤维增强材料上，然后在120℃条件下烘烤3分钟，制得碳纤半固化片；
3)制作可热塑性碳纤维复合材料板材；取步骤2)所述的碳纤维半固化片进行5层叠合，置于可程式控温控压的真空压机中，在真空状态，在8PMa的压力条件，将真空压机内的温度调节在190℃条件下压合3分钟，制成0.75mm厚度的可热塑性碳纤维复合材料板材；
4)制作碳纤维工件；根据汽车内饰件产品的大小和形状，按成型尺寸裁切可热塑性碳纤维复合材料板材，制得碳纤维工件，其大小为1.0*0.8M；
5)碳纤维工件预热；将裁剪及冲切好的可热塑纤维增强层压复合板材放在加热设备上进行预热软化，加热温度为200℃，软化时间为50s；
6)碳纤维工件模压成型；将软化的可热塑纤维增强层压复合板材放入模具内，用压力机快速压制成型，模具压力为30KG，模压温度为120℃，成型时间为8min；制得碳纤维制件；
7)成型汽车内饰件；将碳纤维制件放置在汽车内饰件模具底部，注入塑料与碳纤维制件表面嵌接连接，然后在100℃内内模压成型；制得成型汽车内饰件。
其余同具体实施例1。
其他具体实施例：
本发明其他具体实施例的特点是：
进一步地，所述碳纤维增强材料，包括但不限于碳纤维及碳纤维与玻璃纤维、芳纶纤维或玄武岩纤维中的一种或二种以上混合；其中的纤维可以为长纤、短纤、混编或单向纤维材料。
进一步地，步骤3)所述制作可热塑性碳纤维复合材料板材的制备条件是：温度为120-300℃、压力为0.1-10PMa、真空度为0-130毫米汞柱、加热时间为3-90分钟。
进一步地，步骤3)制成的制成可热塑性碳纤维复合材料板材，由1层或4层半固化片叠合模压成型，产品的厚度为0.2、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5或5mm。
进一步地，步骤3)的压力控制方式，包括多段温度压制、多段压力压制或多段真空压制，可连续成形、高压釜成型机成型或真空层压机成型。
进一步地，步骤5)所述碳纤维工件预热，是指预热软化，该预热软化过程不限模具内外，预热软化时，碳纤维工件的受热温度在110℃-250℃之间，时间为10s-50s。
综上所述，本发明所提出的成型工艺，可以快速一体成型，简化了工艺流程，提高产品生产效率和整体性能，降低产品成本，快速实现量产化，且避免了产品粘接不稳问题，且避免了产品注塑时加热引起的不吻合，性能不稳定等情况，达到了产品的量产化需求，提高了产品的刚度、强度和耐击性。

Claims (10)

1.基于半固化片碳纤维复合材料的汽车内饰件，由碳纤维复合材料制件和塑料制件热模压制成，其特征在于：所述碳纤维复合材料制件由半固化片碳纤维复合材料构成，该半固化片碳纤维复合材料由若干层半固化片叠合，经1-2次加热软化后模压成型构成；所述半固化片为可热塑成型的半固化片，由纤维增强材料层浸润可热塑型树脂构成；所述可热塑型树脂在加热后具有多次塑型的性能特点，使所述半固化片可反复受热形变。
2.根据权利要求1所述的基于半固化片碳纤维复合材料的汽车内饰件，其特征在于：所述半固化片碳纤维复合材料为可热塑性碳纤维复合材料板材，由半固化片进行1-5层叠合，将叠合后的半固化片置于可程式控温控压的真空压机中，在真空状态、在0.1-10PMa的压力条件，将真空压机内的温度控制在150-300℃，使叠合半固化片在150-300℃温度条件下压合3-90分钟，制成可热塑碳纤维增强层压复合板材。
3.根据权利要求1所述的基于半固化片碳纤维复合材料的汽车内饰件，其特征在于：构成半固化片的可热塑型树脂为不饱和树脂组合物，该半固化片是用不饱和树脂组合物浸渍或涂覆纤维增强材料层而成，半固化片中，不饱和树脂组合物的在半固化片中的质量含量为25-95％，纤维增强材料层的质量含量为75-5％。
4.根据权利要求1所述的基于半固化片碳纤维复合材料的汽车内饰件，其特征在于：所述纤维增强材料层由碳纤维、碳化硅纤维、玻璃纤维、石棉纤维、超高分子量聚乙烯纤维或芳纶纤维构成；不饱和树脂组合物对上述纤维增强材料层进行浸渍或涂覆后，在100-250℃温度范围内、在干燥器中加热1-3分钟，以清除溶剂使不饱和树脂组合物达到半固化，形成半固化片。
5.基于半固化片碳纤维复合材料板的汽车内饰件的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1)准备好成型设备和材料；设置具有预浸、铺设、叠合、控温控压、真空压合成型、剪裁、加热和模压成型结构的专用设备，准备好可热塑成型的树脂溶液和纤维增强材料；
2)制作碳纤维半固化片；将碳纤维增强材料浸入可热塑成型的树脂溶液中，使可热塑成型树脂充分浸润在碳纤维增强材料上，然后在50-120℃温度条件下烘烤3-30分钟，制得碳纤半固化片；
3)制作可热塑性碳纤维复合材料板材；取步骤2)所述的碳纤维半固化片进行1-5层叠合，将叠合后的碳纤维半固化片置于可程式控温控压的真空压机中，在真空状态、在0.1-10PMa的压力条件，将真空压机内的温度控制在120-300℃，使叠合半固化片在在120-300℃温度条件下压合3-90分钟，制成可热塑性碳纤维复合材料板材；
4)制作碳纤维工件；根据汽车内饰件产品的大小和形状，按成型尺寸裁切可热塑性碳纤维复合材料板材，制得碳纤维工件；
5)碳纤维工件预热；将裁剪及冲切好的可热塑纤维增强层压复合板材放在加热设备上进行预热软化，加热温度为110℃-250℃，软化时间为0.5min-10min；
6)碳纤维工件模压成型；将软化的可热塑纤维增强层压复合板材放入模具内，用压力机快速压制成型，模具压力为3-50KG，模压温度为50℃-180℃，成型时间为0.5min-10min；制得碳纤维制件；
7)成型汽车内饰件；将碳纤维制件放置在汽车内饰件模具底部，注入塑料与碳纤维制件表面嵌接连接，然后模压成型；制得成型汽车内饰件。
6.根据权利要求5所述的基于半固化片碳纤维复合材料的汽车内饰件的制备方法，其特征在于：所述碳纤维增强材料，包括碳纤维及碳纤维与玻璃纤维、芳纶纤维或玄武岩纤维中的一种或二种以上混合；其中的纤维可以为长纤、短纤、混编或单向纤维材料。
7.根据权利要求5或6所述的基于半固化片碳纤维复合材料的汽车内饰件的制备方法，其特征在于：步骤3)所述制作可热塑性碳纤维复合材料板材的制备条件是：温度为120-300℃、压力为0.1-10PMa、真空度为0-130毫米汞柱、加热时间为3-90分钟。
8.根据权利要求5或6所述的基于半固化片碳纤维复合材料的汽车内饰件的制备方法，其特征在于：步骤3)制成的制成可热塑性碳纤维复合材料板材，由1-5层半固化片叠合模压成型，产品的厚度为0.2-5mm。
9.根据权利要求5或6所述的基于半固化片碳纤维复合材料的汽车内饰件的制备方法，其特征在于：步骤3)的压力控制方式，包括多段温度压制、多段压力压制或多段真空压制，可连续成形、高压釜成型机成型或真空层压机成型。
10.根据权利要求5所述的基于半固化片碳纤维复合材料的汽车内饰件的制备方法，其特征在于：步骤5)所述碳纤维工件预热，是指预热软化，该预热软化过程不限模具内外，预热软化时，碳纤维工件的受热温度在110℃-250℃之间，时间为10s-50s。
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